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原子在不停地做热运动,为了能高精度地研究孤立原子的性质,必须使它们几乎静止下来并能在一个小的空间区域停留一段时间。例如:纳米技术中需要移动或修补分子,科学家已发明了一种称为“激光致冷”的仪器,原理如下:

    在一个真空室内,一束非常直的Na—23原子束(通过样品在1 000 K高温下蒸发而获得,原子做热运动的速率近似为v0=1 000 m/s),受一束激光的正面照射,如图所示,设原子处在基态,运动方向与激光光子的运动方向相反,选好激光频率使光子能量E等于钠原子第一激发态与基态间的能量差,原子就能吸收它而发生跃迁,跃迁后原子的速度变为v1,随后该原子发射光子并回到基态,设所发射光子的运动方向与速度v0的方向总是相同,此时原子的速度为v2,接着重复上述过程,直到原子的速度减小到零。

(1)求吸收和发射光子的总次数为多少?

(2)原子停留在激发态上的时间称为原子在这种状态下的寿命,大小约为τ=10-8 s。忽略每次吸收和发射光子的时间,按上述方式,原子初速度v0减小到零,共需多长时间?该时间内原子总共走过的路程约为多少?(E=3.36×10-19 J,钠原子的质量m=3.84×10-26 kg,阿伏加德罗常数NA=6.0×1023 mol-1,光速c=3.0×108 m/s)

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质量为400 g的木块M静止在光滑的水平桌面上。一质量为20 g的子弹m以500 m/s的速度v0水平击穿木块,子弹穿出后的动能为原来的1/25,试求:

(1)在子弹穿过木块的过程中,子弹和木块组成的系统共损失了多少机械能?

(2)若在此过程中,子弹得到60%的热量,子弹的温度将升高多少?(设c=4.6×102 J/kg·℃)

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1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。

(1)洛埃镜实验的基本装置如图所示,S为单色光源,M为一平面镜。试用平面镜成像作图法在答题卡上画出S经平面镜反射后的光与直线发出的光在光屏上相交的区域。

(2)设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。

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1919年卢瑟福通过如图所示的实验装置,第一次完成了原子核的人工转变,并由此发现___________。图中A为放射源发出的__________粒子,B为____________气。完成该实验的下列核反应方程_______________。

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一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为U+n→X+Sr+n,则下列叙述正确的是(    )

A.X原子核中含有86个中子

B.X原子核中含有141个核子

C.因为裂变时释放能量,根据E=mc2,所以裂变后的总质量数增加

D.因为裂变时释放能量,出现质量亏损,所以生成物的总质量数减少

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一些研究人员正在研制一种新型镍铜长效的“原子能”电池,它是采用铜和半衰期长达10年的放射性同位素镍63(Ni)两种金属作为长寿命电池的材料。其基本原理是:将镍63置于中央,四周包上很厚的铜皮,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,用镍63和铜片做电池两极,为外接负载提供电能。下面有关该电池的说法正确的是(    )

A.镍63的衰变方程是Ni→e+Cu

B.20年后,镍63的质量将为零

C.外接负载时镍63的电势比铜皮低

D.该电池内电流方向是从铜皮到镍

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一群处于n=3激发态的氢原子向基态跃迁,辐射光以θ角照射到玻璃砖的上表面,所有的光都能从玻璃砖的下表面射出,如图所示,下列说法中正确的是(    )

A.跃迁过程中将辐射出三种不同频率的光

B.下表面射出的3条光线平行于入射光线

C.下表面射出的3条光线分别照射逸出功为1.89 eV的金属,都能产生光电效应

D.下表面射出的3条光线,用同一装置分别做光的双缝干涉实验,测得相邻两亮条纹间的宽度相同

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抽制细丝时可用激光束监控其粗细,如图所示,激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度狭缝的规律相同,则(    )

A.这是利用光的干涉现象

B.这是利用光的衍射现象

C.如果屏上条纹变宽,表明细丝粗了

D.如果屏上条纹变宽,表明细丝细了

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现有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa>λb>λc。用b光束照射某种金属时,恰能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照射该金属,则可以断定(    )

A.a光束照射时,不能发生光电效应

B.c光束照射时,不能发生光电效应

C.a光束照射时,释放出的光电子数目最多

D.c光束照射时,释放出的光电子的最大初动能最小

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在水面下同一深处,有两个点光源P、Q能发出不同颜色的光。当它们发光时,在水面上看到P光照亮的水面区域大于Q光,以下说法正确的是(    )

A.P光的频率小于Q光

B.P光在水中的传播速度小于Q光

C.P光的光子能量小于Q光

D.让P光和Q光通过同一双缝干涉装置,P光的条纹间距小于Q光

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同步练习册答案